高中物理 3-3《萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用》課件 教科版必修2

1、萬(wàn)有引力定律,,,上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了什么？現(xiàn)在讓我們回顧一下,1、人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)①地心說(shuō)②日心說(shuō),2、開(kāi)普勒三定律1）第一定律 又稱軌道定律2）第二定律 又稱面積定律3）第三定律 又稱周期定律,地心說(shuō)： 日心說(shuō)：,地球是宇宙的中心。地球是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其它行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。,①符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)；②符合宗教地球是宇宙的中心的說(shuō)法。,統(tǒng)治很長(zhǎng)時(shí)間的原因：,太陽(yáng)是靜止不動(dòng)

2、的，地球和其它行星都繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng) 。,,地心模型,亞里士多德,地球,,,,地球,本輪,均輪,偏心模型,O,托勒密,,,地心說(shuō)： 日心說(shuō)：,,第 谷（丹麥）,開(kāi)普勒（德國(guó)）,,所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道橢圓，太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。,開(kāi)普勒第一定律,（軌道定律）,,（面積定律）,對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。,若tAB= tCD = tEK ，則sAB= sCD

3、 = sEK,開(kāi)普勒第二定律,,（周期定律）,所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。,,即：R3 / T 2 = k,開(kāi)普勒第三定律,K是一個(gè)只決定于被繞天體（中心天體）質(zhì)量的物理量,你知道嗎?,●開(kāi)普勒定律揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，但是行星為什么沿著一定的軌道 ，繞著太陽(yáng)能作如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢?●是什么力量支配著行星的運(yùn)動(dòng)呢?●下面請(qǐng)同學(xué)觀看,行星如何繞太陽(yáng)運(yùn)行的。,牛頓是怎么發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的呢?,,關(guān)

4、于行星運(yùn)動(dòng)原因的猜測(cè),英國(guó)的吉樂(lè)伯特根據(jù)他對(duì)磁體相互作用的研究,猜想行星是依靠太陽(yáng)發(fā)出的磁力維持著繞日運(yùn)動(dòng)的.法國(guó)數(shù)學(xué)家笛卡兒提出”旋渦”假設(shè),認(rèn)為空間充滿著一種看不見(jiàn)的流質(zhì),形成許多大小、速度、密度不同的旋渦，從而帶動(dòng)行星轉(zhuǎn)動(dòng)。法國(guó)天文學(xué)家布利奧首先提出平方反比假設(shè)。認(rèn)為各個(gè)行星受太陽(yáng)發(fā)出的力支配，力的大小跟行星與太陽(yáng)距離的平方成反比。其中，英國(guó)物理學(xué)家胡克、雷恩和哈雷都對(duì)此做出了重要的貢獻(xiàn)。,站在巨人肩上的牛頓,1、有一個(gè)流傳

5、很廣的美麗傳說(shuō)：牛頓看見(jiàn)蘋(píng)果落地而發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律。你相信這一傳說(shuō)嗎？這個(gè)傳說(shuō)對(duì)你有什么啟示？2、蘋(píng)果受到地球的引力作用，而產(chǎn)生加速度落向地面，月亮也受到地球的引力作用，也產(chǎn)生加速度嗎？為什么月亮沒(méi)有掉到地球上？你能運(yùn)用牛頓萬(wàn)有引力的概念和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解釋嗎？,前進(jìn)道路上的困難,困難一、行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，速度的大小、方向不斷發(fā)生變化，如何解決這種變化的曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)還缺乏相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具。困難二、天體是一個(gè)龐然大物，如果認(rèn)為物

6、體間有引力，那么如何計(jì)算由天體各部分對(duì)行星產(chǎn)生的力的總效果呢？當(dāng)時(shí)同樣缺乏理論上的工具。困難三、如果天體間是互相吸引的，那么在眾多天體共存的太陽(yáng)系中，如何解決它們之間相互干擾這一復(fù)雜的問(wèn)題呢？,牛頓如何解決了三大困難,這也是科學(xué)研究中的重要方法。牛頓吸取了前輩科學(xué)家關(guān)于引力思想的精華，從1665年到1666年進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”，克服了三大困難。困難之一與數(shù)學(xué)工具相關(guān)，后來(lái)由于微積分的發(fā)明而得以解決。困難之二的解決體現(xiàn)了模型的作

7、用：由于采用了理想化的模型——質(zhì)點(diǎn)的概念而使這個(gè)困難得以解決。困難之三的解決體現(xiàn)了抓主要矛盾，合理地簡(jiǎn)化研究對(duì)象的方法，,,1.行星受太陽(yáng)的引力,設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽(yáng)的距離為r，則行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力太陽(yáng)對(duì)行星的引力來(lái)提供：,,由于天文觀測(cè)難以直接得到行星的速度v，但我們可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T,代入,,有,根據(jù)開(kāi)普勒第三定律：,即,所以,代入得,,結(jié)論與檢驗(yàn)（月—地檢驗(yàn)）,月亮的運(yùn)動(dòng)是受到地球的引力

8、作用,g=9.8m/s2,g=9.8m/s2,a=2.7×10-3m/s2,2.太陽(yáng)受行星的引力,太陽(yáng)與行星之間的引力到底與什么因素有關(guān)呢？,結(jié)論：太陽(yáng)與行星間的引力：,概括起來(lái)有,G比例系數(shù)，與太陽(yáng)、行星的質(zhì)量無(wú)關(guān),則太陽(yáng)與行星間的引力大小為：,引力F的方向：沿著太陽(yáng)和行星的連線,公式適用的范圍：行星與太陽(yáng)之間。,由此可得：太陽(yáng)與行星間的引力與它們的質(zhì)量和之間的距離有關(guān)。,在研究了許多不同物體間遵循同樣規(guī)律的引力后，牛頓進(jìn)一

9、步把這個(gè)規(guī)律推廣到自然界中任意兩個(gè)物體之間，于1687年正式發(fā)表了萬(wàn)有引力定律：,經(jīng)典物理學(xué)理論體系的建立者——牛頓,1.內(nèi)容：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間的引力大小與它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比。,二、萬(wàn)有引力定律,二、萬(wàn)有引力定律,3.引力常量：G=6.67×10－11Nm2/kg2，數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量均為1kg的物體相距1米時(shí)它們之間的相互吸引力。,2.公式:,F=Gm1m2/r2,4.萬(wàn)

10、有引力的適用條件：,,(1)適用于質(zhì)點(diǎn),(2)當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí),式中r指兩球心間的距離.,二、萬(wàn)有引力定律,(3)物體不能看為質(zhì)點(diǎn)時(shí)，可以把物體看為無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小質(zhì)點(diǎn)，分別求質(zhì)點(diǎn)之間的萬(wàn)有引力，再求合力．,(3)若物體不能視為質(zhì)點(diǎn),則可把每一個(gè)物體視為若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)的集合,然后按定律求出各質(zhì)點(diǎn)間的引力,再按矢量法求它們的合力。,4.萬(wàn)有引力的適用條件：,二、萬(wàn)有引力定律,5.萬(wàn)有引力的特征:,(1)普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有

11、質(zhì)量的物體間的吸引力.是自然界的基本相互作用之一.,二、萬(wàn)有引力定律,(2)相互性:兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力和反作用力,符合牛頓第三定律.,5.萬(wàn)有引力的特征:,二、萬(wàn)有引力定律,(3)宏觀性:通常情況下，萬(wàn)有引力非常小,只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的實(shí)際意義.,5.萬(wàn)有引力的特征:,二、萬(wàn)有引力定律,,,,,,,,,,O,?,,O1,,,,,,,忽略地球自轉(zhuǎn)可得： GMm/R2=mg,,6.

12、萬(wàn)有引力與重力,卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)。 其意義是用實(shí)驗(yàn)證明了萬(wàn)有引力的存在，使得萬(wàn)有引力定律有了真正的使用價(jià)值。 推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展.,7.引力常量G的測(cè)定方法及意義,案例分析,案例：最近幾十年，人們對(duì)探測(cè)火星十分感興趣，先后曾發(fā)射過(guò)許多探測(cè)器。稱為“火星探路者”的火星探測(cè)器曾于1997年登上火星。2004年，又有“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)探測(cè)器登上火星。已知地球質(zhì)量約是火星質(zhì)量的9.3倍，地球直徑約是火星直徑的1.9倍。探測(cè)器在地球表面和

13、火星表面，所受引力的比值是多少？,請(qǐng)思考：,假如有一天你能到火星上去旅行，你會(huì)感到自己的體重發(fā)生了什么變化？你在火星走路或運(yùn)動(dòng)與在地球上有什么不同？,課后資源,牛頓(1643—1727) 英國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠。牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn)，遍及物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域。 物理學(xué)方面——最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系，從而光成了物理學(xué)史上第一次大綜合。對(duì)于光學(xué)，牛頓致力于光的顏色和

14、光的本性的研究，也作出了重大貢獻(xiàn)。 數(shù)學(xué)方面——總結(jié)和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)立了微積分。 天文學(xué)方面——牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。牛頓在17世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡。它一般被稱為反射望遠(yuǎn)鏡，效果遠(yuǎn)優(yōu)于伽利略所設(shè)計(jì)的著名的折射望遠(yuǎn)鏡。,信息瀏覽,請(qǐng)同學(xué)們打開(kāi)課本P88頁(yè)閱讀有關(guān)信息瀏覽。家庭作業(yè)：P89頁(yè)第2、3、4題。,最后送給同學(xué)們關(guān)于牛頓的名